(57)【要約】【課題】太陽仰角の変化を日々少しづつ繰り返し追うことで、パワーやストロークの不足を補いながら、電気エネルギーを使用せず、目的物を太陽仰角の異なる夏、冬の季節に応じた適切な位置に確実に移動させる太陽光自動追尾装置を提供すること。【解決手段】太陽光が冬用集光ミラー２−２によって集光され、形状記憶合金ばね３−２が加熱されて収縮し、往復軸５−２が右方向に移動し、往復軸５−２に設置されているラッチ６−２が、歯車１０−２を１単位量時計回りの方向に回転させる。歯車１０−２が回転すると、駆動軸８が時計回りの方向に回転する。そして、駆動軸８の回転運動がウォームギア７を介して追尾用回転軸９に伝達され、追尾用回転軸９が反時計回りに回転する。追尾用回転軸９が反時計回りに回転することによって、追尾用回転軸９に設置された太陽電池パネル１の太陽への仰角が下降する。【選択図】図２
2007324387.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
季節による太陽仰角の変化に自動的に追尾させて、太陽エネルギー利用機器の仰角を制御する太陽光自動追尾装置であって、
太陽光を集光する集光手段と、該集光手段により集光された太陽熱により伸縮する熱変形部材と、該熱変形部材の伸縮により生ずる往復動を一方向の回転運動に変換する往復動−回転運動変換手段とから構成されるセンサ兼アクチュエータ機構と、
上記往復動−回転運動変換手段により得られた回転運動を、駆動軸を介して太陽エネルギー利用機器に伝達し、太陽エネルギー利用機器の太陽への仰角を変化させる駆動機構と、
上記駆動機構に設けられ、上記太陽エネルギー利用機器の太陽への仰角が所定値に達したとき、上記回転運動の伝達を制限する手段とを備え、
上記集光手段は、一日の内のある特定の時間帯における太陽高度が、予め定められた範囲内にあるとき、太陽光が上記熱変形部材に集光し該熱変形部材を加熱するように配置され、一日内における上記熱変形部材の加熱と冷却により上記熱変形部材を伸縮させ、この伸縮により生ずる往復動により上記駆動軸を単位量ずつ回転させ、上記太陽エネルギー利用機器の仰角を変化させる
ことを特徴とする太陽光自動追尾装置。
【請求項２】
上記集光手段と熱変形部材と往復動−回転運動変換手段から構成されるセンサ兼アクチュエータ機構が２組設けられ、
一方のセンサ兼アクチュエータ機構により上記太陽エネルギー利用機器の太陽への仰角を第１の方向に変化させ、他方のセンサ兼アクチュエータ機構により上記太陽エネルギー利用機器の太陽への仰角を第２の方向に変化させる
ことを特徴とする請求項１に記載の太陽光自動追尾装置。
【請求項３】
上記往復動−回転運動変換手段は、熱変形部材の伸縮に応じて往復動する爪部材と、該爪部材が第１の方向に動くとき、該爪部材により送られて駆動軸を単位量回転させ、該爪部材が第２の方向に動くときは上記駆動軸を回転させないように構成された歯車部材とを有する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の太陽光自動追尾装置。
【請求項４】
上記集光手段は、上記往復動−回転運動変換手段により得られた回転運動により、太陽を追尾するように駆動される
ことを特徴とする請求項１，２または請求項３に記載の太陽光自動追尾装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光を電気エネルギーに変換する太陽電池、自然光を建築物内部に導き建築物内部を照明する光ダクト装置、太陽光を利用した温水設備等、太陽光を利用する太陽光利用設備における採光量増加のための太陽光自動追尾装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年省エネルギーや二酸化炭素の排出削減による環境保護の必要性が注目されており、この要望に応えるため太陽光の効果的な利用が望まれている。
太陽光を利用する設備としては、前記光ダクト装置、太陽電池、太陽光温水設備等がある。
太陽光の高度は季節、時間によって変化する。このため、このような設備においては、太陽電池等の受光面が太陽光の方向に向くように、太陽光を追尾させ太陽光を効果的に利用可能とするこ    とが望まれる。そのための太陽光追尾装置が種々提案されている。
このような太陽光追尾装置として、電気エネルギーなどの他のエネルギーを使用することなく、形状記憶合金やバイメタルなど温度によって変形する材料を使って太陽追尾を行うアイデアも多数提案されている（特許文献１、特許文献２、特許文献３など参照）。
【特許文献１】特開２０００−１５０９４３号公報
【特許文献２】特開平１０−８０１６７号公報
【特許文献３】特開平６−８６４０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述したように、電気エネルギーなどの他のエネルギーを使用することなく、形状記憶合金やバイメタルなど温度によって変形する材料を使って太陽追尾を行うアイデアは多数提案されているが、実用化されているのはわずかである。
これは駆動力が弱い、作動と非作動の温度差が大きい、ストロークが小さい、耐久性が無いなどの理由によるものであると考えられる。
本発明は上記従来技術の問題点を解決するためになされたものであって、本発明は太陽仰角の日々の変化が小さい事に注目し、太陽仰角の変化に応じて太陽光を受光する目的物の仰角を日々少しづつ繰り返し変化させることで、パワーやストロークの不足を補いながら、電気エネルギーを使用せず、目的物を太陽仰角の異なる夏、冬の季節に応じた適切な位置に確実に移動させる事を可能にした太陽光自動追尾装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するため、本発明においては、次のようにして前記課題を解決する。
（１）季節による太陽仰角の変化に自動的に追尾させて、太陽エネルギー利用機器の仰角を制御する太陽光自動追尾装置を設ける。上記太陽光自動追尾装置には、太陽光を集光する集光手段と、該集光手段により集光された太陽熱により伸縮する熱変形部材と、該熱変形部材の伸縮により生ずる往復動を一方向の回転運動に変換する往復動−回転運動変換手段とから構成されるセンサ兼アクチュエータ機構と、上記往復動−回転運動変換手段により得られた回転運動を、駆動軸を介して太陽エネルギー利用機器に伝達し、太陽エネルギー利用機器の太陽への仰角を変化させる駆動機構と、上記駆動機構に設けられ、上記太陽エネルギー利用機器の太陽への仰角が所定値に達したとき、上記回転運動の伝達を制限する手段とを設ける。
一方、上記集光手段は、一日の内のある特定の時間帯における太陽高度が、予め定められた範囲内にあるとき、太陽光が上記熱変形部材に集光し該熱変形部材を加熱するように配置され、一日内における上記熱変形部材の加熱と冷却により上記熱変形部材を伸縮させ、この伸縮により生ずる往復動により上記駆動軸を単位量ずつ回転させ、上記太陽エネルギー利用機器の仰角を変化させる。
（２）上記太陽光自動追尾装置には、上記集光手段と熱変形部材と往復動−回転運動変換手段から構成されるセンサ兼アクチュエータ機構を２組設ける。
そして、一方のセンサ兼アクチュエータ機構により上記太陽エネルギー利用機器の太陽への仰角を第１の方向に変化させ、他方のセンサ兼アクチュエータ機構により上記太陽エネルギー利用機器の太陽への仰角を第２の方向に変化させる。
（３）上記往復動−回転運動変換手段は、熱変形部材の伸縮に応じて往復動する爪部材と、該爪部材が第１の方向に動くとき、該爪部材により送られて駆動軸を単位量回転させ、該爪部材が第２の方向に動くときは上記駆動軸を回転させないように構成された歯車部材とを有する。
（４）上記集光手段は、上記往復動−回転運動変換手段により得られた回転運動により、太陽を追尾するように駆動される。
【発明の効果】
【０００５】
本発明においては、以下の効果を得ることができる。
（１）本発明の太陽光自動追尾装置は、一日内における熱変形部材の往復動により駆動軸を単位量ずつ回転させ、当該回転運動を太陽エネルギー利用機器に伝達して、当該太陽エネルギー利用機器の太陽への仰角を変化させる。従って、本発明の太陽光自動追尾装置によれば、太陽仰角の変化を日々少しづつ繰り返し追うことで、パワーやストロークの不足を補いながら、電気エネルギーを使用せず、目的物（例えば、太陽電池パネル）を適切な位置に確実に移動させることが可能となる。
（２）本発明の太陽光自動追尾装置は、一方のセンサ兼アクチュエータ機構により太陽エネルギー利用機器の太陽への仰角を第１の方向に変化させ、他方のセンサ兼アクチュエータ機構により太陽エネルギー利用機器の太陽への仰角を第２の方向に変化させる。従って、本発明の太陽光自動追尾装置によれば、例えば太陽仰角が上昇する夏期に太陽エネルギー利用機器の太陽への仰角を上昇させ、太陽仰角が下降する冬期に太陽エネルギー利用機器の太陽への仰角を下降させることができる。その結果、当該太陽エネルギー利用機器における太陽エネルギーの利用効率を高めることが可能となる。
（３）本発明の太陽光自動追尾装置は、熱変形部材の伸縮に応じて往復動する爪部材が第１の方向に動くとき、該爪部材により歯車部材を送って駆動軸を単位量回転させ、該爪部材が第２の方向に動くときは、上記駆動軸を回転させないようにする。従って、本発明の太陽光自動追尾装置によれば、一日内における熱変形部材の往復動により駆動軸を単位量ずつ回転させて、当該太陽エネルギー利用機器の太陽への仰角を少しずつ変化させることが可能となる。
（４）本発明の太陽光自動追尾装置が備える集光手段は、往復動−回転運動変換手段により得られた回転運動により駆動され、太陽を追尾するように、その仰角が変化する。
従って、本発明の太陽光自動追尾装置によれば、例えば太陽仰角が上昇する夏期に太陽エネルギー利用機器の太陽への仰角を上昇させるとともに、集光手段が、当該上昇する太陽仰角を追尾することができる。また、本発明の太陽光自動追尾装置によれば、例えば、太陽仰角が下降する冬期に太陽エネルギー利用機器の太陽への仰角を下降させるとともに、集光手段が、当該下降する太陽仰角を追尾することができる。その結果、目的物（例えば、太陽電池パネル）を、より少ないパワーで、比較的長い期間をかけて適切な位置に確実に移動させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
図１は本発明の太陽光自動追尾装置の平面図の例を示す図、図２は図１に示す太陽光自動追尾装置の立面面の例を示す図である。図２（Ａ）は、図１に示す太陽光自動追尾装置を視点Ａ−Ａから見た図、図２（Ｂ）は、図１に示す太陽光自動追尾装置を視点ＢＢから見た図である。
図１、図２に示す太陽光自動追尾装置において、１は太陽電池パネル、２−１、２−２は集光ミラー、３−１、３−２は形状記憶合金ばね、４−１、４−２はバイアスばね、５−１、５−２は往復軸、６−１、６−２はラッチ、７はウォームギア、８は駆動軸、９は追尾用回転軸である。
太陽電池パネル１は、太陽光を採光して発電する太陽エネルギー利用機器である。太陽電池パネル１は、後述する追尾用回転軸９に設置されており、追尾用回転軸９の回転に伴って回動する。
本実施の形態における集光ミラー２−１、２−２は、例えば平板状のミラーを例えば円弧状に歪曲させたミラー（樋状ミラーという）であり、太陽光を集光する集光手段である。なお、集光手段としては、上記樋状のミラーのほか、後述するようにレンズ、凹面鏡、フレネルレンズなどであってもよい。
【０００７】
集光ミラー２−１、２−２は、一日の内のある特定の時間帯における太陽高度が、予め決められた範囲内にあるとき、太陽光が、後述する第１、第２の熱変形部材（形状記憶合金ばね３−１、３−２）に集光し該熱変形部材を加熱するように配置される。
例えば、集光ミラー２−１は、太陽の仰角（太陽光の照射方向の地表面に対する傾き）が比較的高い範囲内である時期（夏に近い時期）に太陽光を上記第１の熱変形部材上に集光させ、集光ミラー２−２は、太陽の仰角が比較的低い範囲内である時期（冬に近い時期）に太陽光を上記第２熱変形部材上に集光させる。
ここで、集光ミラーの中心部分の反射面に垂直な直線（法線）の地表面に対する傾きを仰角と呼ぶこととすると、集光ミラー２−１と集光ミラー２−２は、異なった時期に太陽光を上記第１、第２の熱変形部材上に集光させるように、例えば仰角を異ならせて設置される。
すなわち、集光ミラー２−１により集光された光が上記第１の熱変形部材に照射される時期（季節）には、集光ミラー２−２により集光された光が上記第２の熱変形部材に照射されず、また、集光ミラー２−２により集光された光が上記第２の熱変形部材に照射される時期（季節）には、集光ミラー２−１により集光された光が上記第１の熱変形部材に照射されないようにする。
なお、集光ミラー２−１と集光ミラー２−２の仰角を等しくしても、集光ミラー２−１，２−２に対する第１の熱変形部材、第２の熱変形部材の設置位置を調整すれば、異なった時期に太陽光を上記第１、第２の熱変形部材上に集光させることができる。
また、以下の説明では、説明の便宜上、集光ミラー２−１を夏用集光ミラー、集光ミラー２−２を冬用集光ミラーと記述する。
【０００８】
形状記憶合金ばね３−１、３−２は、形状記憶合金を成形したばねであり、それぞれ、一方端が往復軸５−１、５−２に連結され、他方端は支柱５−３，５−４に固定されている。また、上記往復軸５−１，５−２の他方端はバイアスばね４−１，４−２に連結され、バイアスばね４−１，４−２の他方端は支柱５−５，５−６に固定されている。
形状記憶合金ばね３−１、３−２は、例えば、ＮＴ（ニッケル・チタン）合金等からなり、それぞれ夏用集光ミラー２−１、冬用集光ミラー２−２の焦点位置または焦点位置の近傍に配置され、太陽光の集光によって所定の温度まで加熱されると収縮する。
すなわち、形状記憶合金ばね３−１、３−２は、集光手段（夏用集光ミラー２−１、冬用集光ミラー２−２）により集光された太陽熱により伸縮する熱変形部材である。
【０００９】
バイアスばね４−１、４−２は、伸縮可能なばねであり、形状記憶合金ばね３−１，３−２が加熱されていないとき縮んでおり、形状記憶合金ばね３−１，３−２が加熱されると形状記憶合金の収縮力により伸びる。
すなわち、一日のある時間帯に太陽が予め設定された高度となると、夏用集光ミラー２−１または冬用集光ミラー２−２により集光された光が、形状記憶合金ばね３−１または３−２に照射され、これにより、形状記憶合金ばね３−１または３−２が加熱されて形状記憶合金ばね３−１，３−２が縮む。そして、太陽高度が上記高度から外れると、形状記憶合金ばね３−１または３−２には集光光が照射されなくなり冷却され伸びる。
このように、形状記憶合金ばね３−１または３−２が加熱及び冷却されて伸縮することによって往復軸５−１は、図１の上下方向に往復動する。また、形状記憶合金ばね３−２が加熱及び冷却されて伸縮することによって往復軸５−２は、図１の上下方向に往復動する。
【００１０】
爪部材６ａを有するラッチ６−１、６ー２は、それぞれ、往復軸５−１、５−２に取り付けられ、往復軸５−１、５−２の一日内における往復動によって、ラッチ６−１、６ー２が図２に示す歯車１０−１、１０−２を、それぞれある１方向に１単位量送る（回転させる）。
図２（Ａ）（Ｂ）に示すように、両端が支柱８−１，８−２に回転可能の軸支された駆動軸８に、歯車１０−１が取り付けられ、上記ラッチ６−１が往復動することによって、該ラッチ６−１の爪部材６ａと歯車１０−１の歯が係合し、駆動軸８はある一方向に１単位量回転する。
例えば、往復軸５−１に設置されたラッチ６−１が図２（Ａ）の右方向に移動することによって、爪部材６ａが歯車１０−１の歯と係合し、歯車１０−１が、時計回りの方向に単位量回転する。なお、ラッチ６−１が図２（Ａ）の左方向に移動する場合には、爪部材６ａが回動するので歯車１０−１の歯と係合せず、歯車１０−１は回転しない。
【００１１】
また、図２（Ｂ）中に示す歯車１０−２も上記駆動軸８に取り付けられ、歯車１０−１と同様に、ラッチ６−２の往復運動によって、ある一方向に１単位量回転し、駆動軸８を回転させる。
ここで、形状記憶合金ばね３−２は、駆動軸８に対して形状記憶合金ばね３−１の反対側に設けられており、形状記憶合金ばね３−２が加熱され収縮すると、ラッチ６−２は図１の上方向に移動する。ラッチ６−２の爪部材６ａの向き、歯車１０−２の歯の形状は、形状記憶合金ばね３−２が上記のように加熱され収縮したとき、歯車１０−２が、歯車１０−１の回転方向とは逆方向に１単位量回転するように取り付けられている。
すなわち、ラッチ６−２の爪部材６ａの向き、歯車１０−２の歯の形状は、図２（Ａ）に示したラッチ６−１の爪部材６ａの向き、歯車１０−１の歯の形状を左右逆転させた状態で取り付けられ、ラッチ６−２が往復運動したとき、歯車１０−２の回転方向は、歯車１０−１の回転方向とは逆方向になる。
【００１２】
太陽電池パネル１が取り付けられた追尾用回転軸９の一方端は支柱９−１に回転可能に軸支され、他方端は同様に図示しない支柱により回転可能に軸支されており、上記駆動軸８と追尾用回転軸９の間にはウオームギア７が設けられている。このため、駆動軸８が回転し、ウォームギア７の歯車が回転することによって追尾用回転軸９は回転する。
ここで、後述するように、上記追尾用回転軸９には、予め設定された角度以上回転しないようにリミッタが設けられる。
図２（Ｂ）に示す例では、ウォームギア７の歯を一部欠いて、追尾用回転軸９の回転のリミッタとしている。従って、追尾用回転軸９に設置された太陽電池パネル１は、駆動軸８が回転していても、当該太陽電池パネル１の太陽への仰角が所定値に達すると、回動を停止する。
以上のように、ラッチ６−１と歯車１０−１の組、及び、ラッチ６−２と歯車１０−２の組は、それぞれ、熱変形部材の伸縮により生ずる往復動を一方向の回転運動に変換する往復動−回転運動変換手段として機能し、ウォームギア７は、歯車１０−１または歯車１０−２の回転によって生じる駆動軸８の回転運動を追尾用回転軸９に伝達する。
駆動軸８は、歯車１０−１または歯車１０−２の回転に伴って回転する軸である。追尾用回転軸９は、ウォームギア７を介して伝達された駆動軸８の回転運動によって回転し、太陽電池パネル１を回動させる。
【００１３】
以下に、図１及び図２に示す本発明の太陽光自動追尾装置の動作例について説明する。  太陽の仰角が低い冬期に近い時期には、例えば、日中、太陽光が図２（Ａ）に示す冬用集光ミラー２−２によって集光され、形状記憶合金ばね３−２が加熱されて収縮する。形状記憶合金ばね３−２が収縮すると、往復軸５−２が移動し、往復軸５−２に設置されているラッチ６−２が、歯車１０−２を１単位量回転させる。歯車１０−２が回転すると、駆動軸８が回転する。そして、駆動軸８の回転運動がウォームギア７を介して追尾用回転軸９に伝達され、追尾用回転軸９が回転する。追尾用回転軸９が回転することによって、追尾用回転軸９に設置された太陽電池パネル１の仰角が小さくなる。
一方、当該日において、太陽の仰角が下がり、太陽光が冬用集光ミラー２−２によって集光されなくなると、形状記憶合金ばね３−２が冷却される。その結果、形状記憶合金ばね３−２は収縮しなくなり、バイアスばね４−２に引っ張られて伸長する。なお、この場合、前述したように駆動軸８は回転しない。
【００１４】
太陽の仰角が高い夏期に近い時期には、例えば、日中、太陽光が図１に示す夏用集光ミラー２−１によって集光され、形状記憶合金ばね３−１が加熱されて収縮する。形状記憶合金ばね３−１が収縮すると、往復軸５−１が移動する。その結果、往復軸５−１に設置されているラッチ６−１が、図２（Ｂ）中に示す歯車１０−１を１単位量回転させる。
その結果、駆動軸８が回転する。そして、駆動軸８の回転運動がウォームギア７を介して追尾用回転軸９に伝達され、追尾用回転軸９が回転する。追尾用回転軸９が回転することによって、追尾用回転軸９に設置された太陽電池パネル１の仰角が大きくなる。一方、当該日において、太陽の仰角が下がり、太陽光が夏用集光ミラー２−１によって集光されなくなると、図１中に示す形状記憶合金ばね３−１が冷却される。その結果、形状記憶合金ばね３−１は収縮しなくなり、バイアスばね４−１に引っ張られて伸長する。なお、この場合、前述したように駆動軸８は回転しない。
【００１５】
上記実施形態では、太陽光自動追尾装置が、図１中に示したように形状記憶合金ばね３−１と、形状記憶合金ばね３−２を備えていたが、これらに代えて、熱変形部材として例えば、バイメタル、次の説明するワックスエレメントなど、加熱冷却により伸縮する他の手段を用いてもよい。
図３に上記ワックスエレメントの一例を示す。
ワックスエレメントは、加熱されることによって膨張する熱変形部材である。図３（Ａ）に、ワックスエレメントの外観図の一例を示す。同図において、２１はカップ、２２はキャップ、２３はピストンである。
図３（Ｂ）に上記ワックスエレメントの内部構造の一例を示す。図３（Ｂ）において、２４はワックス、２５は座板であり、ワックス２４は加熱によって膨張する素材である。  座板２５はワックス２４がカップ２１から漏れないようにカップ２１をシールしている。カップ２１が加熱されていない場合、図３（Ｂ）中の左図に示すように、ピストン２３はカップ２１内部に深く入り込んだ状態となっている。
【００１６】
カップ２１が加熱されると、カップ２１内のワックス２４が膨張し、図３（Ｂ）中の右図に示すように、ピストン２３を上昇させる。ピストン２３は、カップ２１が加熱されていない状態から図３（Ｂ）中に示すの幅Ｈだけ上昇する。また、カップ２１が冷却されると、カップ２１内のワックス２４が収縮し、ピストン２３が、前述した図３（Ｂ）の左図に示すような状態に戻る。
上記ワックスエレメントを前記形状記憶合金ばね３−１，３−２の代わりに使用し、ワックスエレメントのピストン２３の往復動を、往復軸５−１（５−２）に伝達することによって、往復軸５−１（５−２）を往復動させることができる。
【００１７】
図４は、集光ミラー２−１，２−２による太陽光の集光の例を説明する図である。この例では、夏用集光ミラー２−１、冬用集光ミラー２−２が前記した樋状ミラーである場合について説明する。
太陽の高度が高い時は、図４（Ａ）中に示すように、夏用集光ミラー２−１が太陽光を集光する。当該太陽光が集光することによって、夏用集光ミラー２−１の焦点位置の近傍に配置された形状記憶合金ばね３−１が加熱される。一方、図４（Ｃ）中に示すように、冬用集光ミラー２−２は太陽光を集光せず、形状記憶合金ばね３−２は加熱されない。
太陽の高度が低い時は、図４（Ｂ）中に示すように、夏用集光ミラー２−１は太陽光を集光せず、形状記憶合金ばね３−１は加熱されない。一方、図４（Ｄ）中に示すように、冬用集光ミラー２−２が太陽光を集光する。当該太陽光が集光することによって、冬用集光ミラー２−２の焦点位置の近傍に配置された形状記憶合金ばね３−２が加熱される。
ここで、前記追尾用回転軸９を所望量以上回転させるためには、形状記憶合金ばね３−１，３−２が加熱冷却により伸縮する日数をある程度以上確保する必要がある。
そこで、例えば図４（Ａ）、（Ｄ）に示すように形状記憶合金ばね３−１，３−２を集光ミラー２−１，２−２による集光点位置より、集光ミラーに近い位置に設置する。これにより、太陽高度が少し変わっても、形状記憶合金ばね３−１，３−２に集光光が照射されることとなり、伸縮する日数をある程度以上確保することが可能となる。
なお、形状記憶合金ばね３−１，３−２を集光ミラー２−１，２−２に近づければ近づけるほど、形状記憶合金ばね３−１，３−２に集光光が照射される日数は増加するが、照射される光強度は弱くなる。したがって、集光光が照射される日数を増加させるには、集光ミラーの大きさを大きくする必要が生ずる場合もある。
【００１８】
上述した実施形態では、集光手段として樋状のミラーを用いる場合について説明したが、太陽光を集光させる機能を有するものであれば、その他の光学部材を用いることもできる。
図５及び図６は、本発明の太陽光自動追尾装置に適用することができる集光手段の例を示す図である。
本発明の太陽光自動追尾装置が備える集光手段（集光ミラー２−１、２−２）は、前述した図２（Ｂ）中に示すような樋状のミラーであってもよいが、図５（Ａ）中に示すような凹面鏡であってもよい。
また、本発明の太陽光自動追尾装置が備える集光手段として、集光ミラー２−１、２−２に代えて、図５（Ｂ）中に示す凸レンズ１１を用いてもよい。集光手段として、前述した樋状ミラーを用いると集光点は線状となるので、前記形状記憶合金ばねのように線状のものを加熱するのに適している。一方、凹面鏡、凸レンズを用いると集光点は点状となるので、前記したワックスエレメントのように移動方向の長さがあまり長くないものを加熱するのに適している。
さらに、集光手段として、図６（Ａ）中に示すようなフレネルレンズ、図６（Ｂ）中に示すような非結像フレネルレンズ、又は、図６（Ｃ）中に示すような非結像レンズを用いてもよい。なお、図６（Ａ）中に示すフレネルレンズの集光点は、黒く塗りつぶした部分に示すように、一点であり、図６（Ｂ）中に示す非結像フレネルレンズ及び図６（Ｃ）中に示す非結像レンズの集光点は、黒く塗りつぶした部分に示すように、線状である。
【００１９】
図７は、太陽仰角の変化と太陽電池パネルの太陽への仰角の変化との関係例を示す図であり、同図により、図１及び図２に示した太陽光自動追尾装置における太陽電池パネル１の太陽への追尾について説明する。
例えば、太陽仰角が約３２度から約４５度の期間に、冬用駆動機構が動作し、太陽仰角が約５５度から約７５度の期間に、夏用駆動機構が動作するように、夏用集光ミラー２−１と冬用集光ミラー２−２の仰角を予め調整しておく。
例えば、夏用集光ミラー２−１の仰角を約４０度、冬用集光ミラー２−２の仰角を約６５度に調整する。冬用駆動機構とは、例えば、図１または図２に示す冬用集光ミラー２−２、形状記憶合金ばね３−２、往復軸５−２、ラッチ６−２、歯車１０−２、駆動軸８、ウォームギア７からなる、冬期に図２（Ｂ）中に示すウォームギア７の歯車を回転させて太陽電池パネル１の太陽への仰角を下降させる駆動機構である。
【００２０】
また、夏用駆動機構とは、例えば、図１または図２に示す夏用集光ミラー２−１、形状記憶合金ばね３−１、往復軸５−１、ラッチ６−１、歯車１０−１、駆動軸８、ウォームギア７からなる、夏期に図２（Ｂ）中に示すウォームギア７の歯車を回転させて太陽電池パネル１の太陽への仰角を上昇させる駆動機構である。
また、この例では、図２（Ｂ）に示すウォームギア７の歯を一部欠いて、追尾用回転軸９の回転のリミッタとすることにより、太陽電池パネル１の追尾角度が例えば３２度以下に下降しないようにし、また、太陽電池パネル１の追尾角度が例えば７０度以上に上昇しないように予め調整する。
【００２１】
図７中の点線は太陽仰角を示し、実線は追尾角度（太陽電池パネル１の太陽への仰角）を示す。太陽仰角が約３２度である１月から太陽仰角が約４５度（図７中の点Ｆに対応する太陽仰角）となる３月中旬までの期間は、冬用駆動機構が動作する。
しかし、この時期、追尾角度は下限の３２度に達しており、前述した追尾用回転軸９の回転のリミッタが作動するので、太陽電池パネル１の追尾角度は約３２度以下に下降しない。その結果、１月〜４月までの間は、太陽電池パネル１の追尾角度は約３２度のまま推移する。
【００２２】
太陽仰角が約５５度（図７中の点Ａに対応する太陽仰角）まで上昇すると、夏用駆動機構が動作を開始し、太陽電池パネル１の追尾角度が上昇し始める。図７中に示すように、太陽仰角は夏至の頃に最大の仰角に到達し、夏至の頃以降下降する。夏用駆動機構は、太陽仰角が約５５度から約７５度までの期間（点Ａから点Ｂまでの期間、及び、点Ｃから点Ｄまでの期間）動作する。
しかし、上述した追尾用回転軸９の回転のリミッタが作動するので、太陽電池パネル１の追尾角度は、当該約７０度以上には上昇しない。その結果、太陽電池パネル１の追尾角度は、６月から１０月中旬頃まで約７０度のまま推移する。
その後、太陽仰角が、約４５度（図７中の点Ｅに対応する太陽仰角）まで下降すると、冬用駆動機構が動作を開始し、太陽電池パネル１の追尾角度が下降し始める。そして、太陽電池パネル１の追尾角度が約３２度に到達すると、上述した追尾用回転軸９の回転のリミッタが作動し、太陽電池パネル１の追尾角度は、約３２度のまま推移する。
【００２３】
本発明の太陽光自動追尾装置は、図１及び図２に示す構成のものに限定されない。図１、図２に示したものでは、夏用集光ミラー２−１、冬用集光ミラー２−２の仰角は固定であったが、後述する図８及び図９に示すように、太陽光自動追尾装置が、追尾用回転軸９によって、夏用集光ミラー２−１及び冬用集光ミラー２−２を太陽電池パネル１と連動させて回動させる構成を採ってもよい。
すなわち、太陽電池パネル１に連動させて、太陽を追尾するように夏用集光ミラー２−１及び冬用集光ミラー２−２の仰角を変え、太陽高度が変わっても、形状記憶合金ばね３−１，３−２に集光光が照射されるように構成する。なお、夏用集光ミラー２−１はその仰角が大きくなるように、また、冬用集光ミラー２−２はその仰角が小さくなるように太陽を追尾するので、例えば春から夏にかけて太陽高度が上昇している時は夏用集光ミラー２−１が太陽を追尾し、夏から秋にかけて太陽高度が低下し始めると、夏用集光ミラー２−１に代わって、冬用集光ミラーが太陽を追尾するようになる。
【００２４】
図８は本発明の太陽光自動追尾装置の平面図の他の例を示す図、図９は図８に示す太陽光自動追尾装置の立面面の他の例を示す図である。図９（Ａ）は、図８に示す太陽光自動追尾装置を視点Ａ−Ａから見た図、図９（Ｂ）は、図８に示す太陽光自動追尾装置を視点ＢＢから見た図である。
図９、図１０に示す太陽光自動追尾装置においては、横板５−７、５−９が、支柱５−３及び５−６に固定されており、太陽電池パネル１が横板５−７に固定されている。また、横板８−３が、支柱５−４及び５−６に固定されている。また、横板８−４が、支柱５−３及び５−５に固定されている。図９（Ａ）に示すように、駆動軸８は横板８−４に設けられた穴に貫通し、回転可能に支持されている。同様に、ここでの図示を省略するが、駆動軸８は、横板８−３に設けられた穴に貫通し、回転可能に支持されている。横板５−８は、支柱５−４及び５−５に固定されている。同様に、ここでの図示を省略するが、支柱５−４及び５−５には、横板５−８と平行な位置に他の横板が固定されている。
図９（Ａ）に示すように、追尾用回転軸９は、一方端が支柱９−１に固定され、他方端が支柱９−２に固定されている。また、図９（Ｂ）に示すように、追尾用回転軸９は、横板５−９に設けられた穴に貫通しており、横板５−９は、追尾用回転軸９を中心に回転可能に支持されている。また、ウォームギア７の歯車は、追尾用回転軸９に固定されており、回転しない。
【００２５】
上述した横板５−７、５−８、５−９、８−３、８−４、横板５−８と平行な位置に支柱５−５、５−４に固定された他の横板と、支柱５−３、５−４、５−５、５−６と駆動軸８とから構成される部材（以下、可動部材という）は、追尾用回転軸９を中心にして回動可能である。また、集光ミラー２−１、２−２は、上記可動部材に固定されている。上述したように、ウォームギア７の歯車は回転しないので、駆動軸８が回転すると、可動部材全体が追尾用回転軸９を中心に回動して、可動部材に固定された太陽電池パネル１が回動するとともに、集光ミラー２−１、２−２が太陽電池パネル１と連動して回動する。
図９、図１０に示すような構成を採る場合、例えば、太陽の高度が高い夏期においては、太陽電池パネル１の太陽への仰角が上昇するとともに、夏用集光ミラー２−１が、当該上昇する太陽仰角を追尾する。また、太陽の高度が低い冬期においては、太陽電池パネル１の太陽への仰角が下降するともに、冬用集光ミラー２−２が、当該下降する太陽仰角を追尾する。
【００２６】
図１０は、上述したように太陽光自動追尾装置が、図１中に示す追尾用回転軸９によって、夏用集光ミラー２−１及び冬用集光ミラー２−２を太陽電池パネル１と連動として回動させる構成を採る場合における、太陽仰角の変化と太陽電池パネルの太陽への仰角の変化との関係を示す図である。
この例では、太陽の高度が高い夏期においては、太陽電池パネル１の太陽への仰角が上昇するとともに、夏用集光ミラー２−１が太陽仰角を追尾する。また、太陽の高度が低い冬期においては、太陽電池パネル１の太陽への仰角が下降するとともに、冬用集光ミラー２−２が太陽仰角を追尾する。また、この例では、夏用駆動機構が動作する太陽仰角と冬用駆動機構が動作する太陽仰角との差が約１０度となるように、調整しておく。
【００２７】
太陽仰角が上昇して図１０中の点Ａに到達すると、夏用駆動機構が動作を開始するとともに、夏用集光ミラー２−１が、当該上昇する太陽仰角を追尾する。その結果、太陽電池パネル１の太陽への仰角が上昇する。太陽仰角は夏至の頃に最大の仰角（点Ｂに対応する太陽仰角）に到達し、夏至の頃以降下降し始める。太陽仰角が約１０度下降して点Ｃに到達すると、冬用駆動機構が動作を開始するとともに、冬用集光ミラー２−２が、当該下降する太陽仰角を追尾する。その結果、太陽電池パネル１の太陽への仰角が下降する。図１０中に示す例では、太陽電池パネル１の追尾角度が約３６度以下にならないように、また、約７２度以上にならないように、追尾用回転軸９の回転のリミッタを作動させている。
なお、太陽光自動追尾装置が、追尾用回転軸９によって、夏用集光ミラー２−１及び冬用集光ミラー２−２を太陽電池パネル１と連動として回動させる構成を採る場合において、ウォームギア７の歯を欠くことなく、追尾用回転軸９の回転のリミッタを作動させない構成を採ってもよい。
上述したように、夏用集光ミラー２−１及び冬用集光ミラー２−２を太陽電池パネル１と連動として回動させる構成を採る場合、集光ミラー２−１，２−２が太陽光を追尾するので、形状記憶合金ばね３−１，３−２を集光ミラー２−１，２−２の集光点位置の近くに配置しても、集光ミラー２−１，２−２が太陽光を追尾している期間、形状記憶合金ばね３−１，３−２には繰り返し集光光が照射される。このため、前記図１に示した実施形態における集光ミラーより、集光ミラー２−１，２−２の大きさを小さくしても、形状記憶合金ばね３−１，３−２を伸縮させるパワーを確保することができる。
【００２８】
上述した実施形態では、本発明を太陽電池パネル面の太陽光への追尾に適用する場合について説明したが、本発明はその他の太陽光利用機器の太陽光追尾にも同様に適用することができる。
例えば、本発明の太陽光自動追尾装置を自然光を建築物内部に導き建築物内部を照明する光ダクト装置に適用し、光を光ダクト内に取り込むための反射鏡を本発明の太陽光自動追尾装置により駆動することで、効果的に太陽光を光ダクト内に取り込むことができる。  また、例えば太陽光を利用した温水設備等においても、本発明の太陽光自動追尾装置を用いることで、太陽電池パネルと同様に効果的に太陽光を利用することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の太陽光自動追尾装置の平面図の例を示す図である。
【図２】太陽光自動追尾装置の立面面の例を示す図である。
【図３】ワックスエレメントの構造図である。
【図４】集光ミラーによる太陽光の集光の例を説明する図である。
【図５】本発明の太陽光自動追尾装置が備える集光手段の例を示す図である。
【図６】本発明の太陽光自動追尾装置が備える集光手段の例を示す図である。
【図７】太陽仰角の変化と太陽電池パネルの太陽への仰角の変化との関係例を示す図である。
【図８】本発明の太陽光自動追尾装置の平面図の他の例を示す図である。
【図９】太陽光自動追尾装置の立面面の他の例を示す図である。
【図１０】太陽仰角の変化と太陽電池パネルの太陽への仰角の変化との関係の別の例を示す図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  太陽電池パネル
２−１、２−２  集光ミラー
３−１、３−２  形状記憶合金ばね
４−１、４−２  バイアスばね
５−１、５−２  往復軸
５−３、５−４、５−５、５−６、９−１、９−２  支柱
５−７、５−８、５−９、８−３、８−４  横板
６−１、６−２  ラッチ
７  ウォームギア
８  駆動軸
９  追尾用回転軸
１０−１、１０−２  歯車
１１  凸レンズ
２１  カップ
２２  キャップ
２３  ピストン
２４  ワックス
２５  座板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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